离子交换树脂概述离子交换树脂有多种类型，其分类方法也没有统一的规定，主要有：按树脂骨架的主要成分可分为聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、环氧氯丙烷型多乙烯多胺型树脂、酚一醛型树脂等；按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；按骨架的物理结构常分为凝胶型树脂即微孔树脂、大网格树脂即大孔树脂，有的还有均孔树脂；按活性基团分为阳郭交换树脂和阴离子交换树脂等等。

其中常见是是按活性基团及骨架的物理结构的方法分类，因活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别；而骨架的物理结构在树脂的交换使用中影响较大。

按不同活性基团的种类进行分烃，主要的是阳离子和阴离子交换树指，其次也还有一些其他种类的树脂。

1、阳离子交换树脂阳离子交换树脂的活性基团能解离出阳离子，而其作为交换的离子可与溶液中的其他阳离子发生交换。

阳离子交换剂，相当于高分子的多元酸。

因活性基团的电离程度强弱不同又有强酸性和弱酸性阳离子交换树脂的区别。

强酸性阳离子交换树脂磺酸基团和次甲基磺酸基团都是强酸性基团，它们容易在溶液中离解出氢离子，故呈强酸性，且离解后的负电基团，能吸附结合溶液中的其他阳离子而发生交换反应。

这类树脂对酸、碱和各种溶剂都比较稳定，离子交换不受溶液PH值变化的影响，适用面广泛。

常用强酸进行再生处理，但强酸性树脂与氢离子的结合力较弱故再生成氢型树脂时比较困难且耗酸量较大。

强绝不能性树脂主要用于水处理和制药工业中。

弱酸性阳离子交换树脂带有羧酸基、氧乙酸基团的交换树脂，是常见的弱酸性阳离子交换树脂。

这种树脂的离解性即酸性较弱，在低PH下难以离解和进行离子交换，只在碱性、中性或微酸性溶液中发生交换反应。

其交换容量大，容易再生成氢型，但其交换能力弱，速度慢；化学和热稳定性差。

这类树脂亦是用酸进行再生，在制药工业中使用较多。

2、阴离子交换树脂阴离子交换树脂的活性基团能解离出阴离子，而其作为交换离子可与溶液中的其他阴离子发生交换。

阴离子交换剂，相当于高分子的多元碱。

依活性基团电离程度的不同，阴离子交换树脂也有碱性强弱之分。

强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂的活性基主要是季胺基团，能在水中离解出氢氧根离子而呈强碱性。

这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用与强酸性离子交换树脂相似，其交换反应不受溶液PH值变化的影响。

商品多以氯型出售，因其稳定性和而热性相对较好。

它用强碱进行再考。

强碱性阴离子交换树脂主要用于制备无盐水，可除去硅酸根、碳酸根等弱酸根。

弱碱性阴离子交换树脂这类树脂含苞欲放有弱碱性基团，如伯胺其、促胺基或叔胺基。

它们在水中能离解出氢氧根而呈弱碱性，具阴离子交换作用但它在多数情况下是吸附溶液中的整个其他酸分子，只能在中性或酸性条件下工作，较容易再生成羟型，可能NaCO3、NH4OH进行再生，且耗子碱量较少。

树脂的基本类型除上述四种外，在实际使用中，常常需要转变为其他离子形式。

例如强酸性阳离子树脂，直接使用中会离解出氢离了，引起溶液PH值下降，从而腐蚀设备和影响某些反应的进行。

可使其与NaCL作用，转变为钠型树脂再使用工作时钠型树脂离解出钠离子并与溶液中的其他阳离子进行交换吸附。

并在运行使用后，用盐水再生（而不用强酸）。

又如阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出氯离子而交换吸附溶液中的其他阴离子，它的再生也只需用NaCL水溶液，氯型树脂还可转变为碳酸氢型再使用。

强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，虽然不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然保有这些树脂的其他典型性能，如强的离解性和宽的PH工作范围等。

其他还有能与金属离子形成螯合基团，并对某些金属离子具有优异选择性的螯合性交换树脂；同时含有酸性和碱性基，可以在不同条件下进行两性交换的两性交换树脂；以及可促使电子转移，起到氧化还原作用的所氧化还原树脂。

按树脂骨架的物理结构的方法分类，主要的有凝胶型和大孔型两类。

A、凝胶型树脂凝胶型树脂，即是微孔型树脂，在干燥的情况下，它的高分子骨架内部没有毛细孔。

当它吸水时即发生润胀，将在高分子的链节之间形成很细微的孔隙，常称为显微孔，湿润树脂显微孔的平均孔径为2-4mm。

凝胶型树脂比较适用于无机离子的吸附；而不能吸附大分子有机物持。

因无机离子的较小，一般都在0。

3-0。

6nm左右；而大分子有机物质的走私尺寸较大，如蛋白质分子直径为5-20nm，故不能进入这类树脂的显微孔隙中进行交换。

B、大孔型号树脂大孔型树脂是在合成树脂的聚合反应时，添加了起孔剂，使之形成了多孔海绵状的骨架结构，其内部存在较多永久性的微孔，这些微孔既有微细孔，也有大网型孔。

润湿树脂是孔径可达100-500nm，孔道的表面积可在1000m2/g以上，也是相当大的。

在大孔型树脂合成时，可以通过控制聚合反应的条件，而获得不同大小和网孔数量的树脂。

大孔型树脂有许多优点：它内部的孔隙既大双式，链节活性中心也多，由于分子之间范德华引力的存在，而对各种非离子性物质产生分子吸附作用；离子的扩散速度快，交换速度也就快，其交换速度大约是凝胶型树脂的十倍；使用效率高、处理时间短；溶胀时不易碎裂，抗氧化、磨损和耐温度变化能力强；容易吸附和交换有机大分子物质，因而抗污染力强，并较容易再生。

离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。

世界上许多糖厂制造精糖和高级食用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。

离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。

但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。

近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。

在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。

以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。

离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。

离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。

膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。

离子交换树脂都是用有机合成方法制成。

常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。

离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。

大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。

树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。

它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。

离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如h+或na+)或阴离子(如oh－或cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。

即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。

树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。

首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。

阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类(或再分出中强酸和中强碱性类)。

离子交换树脂根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，及根据树脂的物理结构分为凝胶型和大孔型。

离子交换树脂的品种很多，因化学组成和结构不同而具有不同的功能和特性，适应于不同的用途。

应用树脂要根据工艺要求和物料的性质选用适当的类型和品种。

1、离子交换树脂的基本类型(１) 强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－so3h，容易在溶液中离解出h+，故呈强酸性。

树脂离解后，本体所含的负电基团，如so3－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。

这两个反应使树脂中的h+与溶液中的阳离子互相交换。

强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。

树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。

如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与h+结合而恢复原来的组成。

(２) 弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基－cooh，能在水中离解出h+ 而呈酸性。

树脂离解后余下的负电基团，如r-coo－(r为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。

这种树脂的酸性即离解性较弱，在低ph下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如ph5～14)起作用。

这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。

（3）强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)－nr3oh(r为碳氢基团)，能在水中离解出oh－而呈强碱性。

这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。

这种树脂的离解性很强，在不同ph下都能正常工作。

它用强碱(如naoh)进行再生。

(４) 弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-nh2、仲胺基(二级胺基)-nhr、或叔胺基(三级胺基)-nr2，它们在水中能离解出oh－而呈弱碱性。

这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。

这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。

它只能在中性或酸性条件(如ph1～9)下工作。

它可用na2co3、nh4oh进行再生。

(５) 离子树脂的转型以上是树脂的四种基本类型。

在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。

例如常将强酸性阳离子树脂与nacl作用，转变为钠型树脂再使用。

工作时钠型树脂放出na+与溶液中的ca2+、mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。

反应时没有放出h+，可避免溶液ph下降和由此产生的副作用(如蔗糖转化和设备腐蚀等)。

这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生(不用强酸)。

又如阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出cl－而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。

氯型树脂也可转变为碳酸氢型(hco3－)运行。

强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的ph范围宽广等。

2、离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体(matrix)，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类，它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应，形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。